(57)【要約】【課題】薄型で、かつスクリーンに隣接する非表示部を小さくすることが可能な画像表示装置を提供すること。【解決手段】画像信号に応じて変調された光をスクリーン５０に透過させることにより画像を表示する画像表示装置であるプロジェクタ１００であって、画像信号に応じて変調された光を供給する光学エンジン部１０と、光学エンジン部１０からの光を反射する第１のミラーである平面ミラー３０と、曲面状に形成され、平面ミラー３０からの光をスクリーン５０の方向へ反射する第２のミラーである曲面ミラー４０と、を有し、光学エンジン部１０と、平面ミラー３０と、曲面ミラー４０とは、光学エンジン部１０から平面ミラー３０へ進行する光の光路と、曲面ミラー４０からスクリーン５０へ進行する光の光路とが互いに交わるように配置される。【選択図】図１
2007025652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像信号に応じて変調された光をスクリーンに透過させることにより画像を表示する画
像表示装置であって、
前記画像信号に応じて変調された光を供給する光学エンジン部と、
前記光学エンジン部からの光を反射する第１のミラーと、
曲面状に形成され、前記第１のミラーからの光を前記スクリーンの方向へ反射する第２
のミラーと、を有し、
前記光学エンジン部と、前記第１のミラーと、前記第２のミラーとは、前記光学エンジ
ン部から前記第１のミラーへ進行する光の光路と、前記第２のミラーから前記スクリーン
へ進行する光の光路とが互いに交わるように配置されることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記スクリーンは、第１の方向と、前記第１の方向に略直交する第２の方向とを含む面
に沿って配置され、
前記光学エンジン部と、前記第１のミラーと、前記第２のミラーとは、前記第１の方向
及び前記第２の方向のいずれか一方について、前記光学エンジン部から前記第１のミラー
へ光が進行する向きと、前記第２のミラーから前記スクリーンへ光が進行する向きとが、
互いに逆になるように配置されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第１のミラーは、前記スクリーンの外縁部近傍に設けられ、
前記光学エンジン部は、前記スクリーンの中心位置に対して、前記第１のミラーが設け
られる側とは反対側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置
。
【請求項４】
前記光学エンジン部及び前記第１のミラーは、前記第２のミラーから前記スクリーンへ
進行する光が、前記光学エンジン部と前記第１のミラーとの間を通過するように配置され
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記光学エンジン部、前記第１のミラー、前記第２のミラー、及び前記スクリーンは、
いずれも光軸が略一致するように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一
項に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記第２のミラーは、光軸に関して略回転対称な形状を有することを特徴とする請求項
５に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記スクリーンは、前記第２のミラーからの光を角度変換する角度変換部を有し、
前記角度変換部は、前記第２のミラーからの光の入射側に設けられた反射光学部と、前
記第２のミラーからの光の出射側に設けられた屈折光学部と、のうち少なくとも一方を有
し、
前記反射光学部は、前記第２のミラーからの光を反射することにより角度変換し、
前記屈折光学部は、前記第２のミラーからの光を屈折させることにより角度変換するこ
とを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置、特に、画像信号に応じた光をスクリーンに透過させることに
より画像を表示する画像表示装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像信号に応じた光を透過させることにより画像を表示する画像表示装置、例えばリア
プロジェクタは、薄型な構成によって大きな画像を表示するために、スクリーンに対して
斜め方向に光を入射させる技術が提案されている。リアプロジェクタは、薄型な構成によ
って大型な画像を表示するためには、短い光路で広い範囲に光を広げられることが望まれ
る。このような広角化を投写レンズのみによって実現しようとすると、投写レンズを大型
にする必要が生じる。大型な投写レンズは、薄型なリアプロジェクタに用いるには不向き
である上、コストを高騰させる要因ともなる。そのため、従来、曲面形状のミラーを用い
て、画像信号に応じた光を広い範囲に進行させる技術が提案されている。画像表示装置に
おいて曲面形状のミラーを用いる技術としては、例えば、特許文献１に提案されるものが
ある。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−５９２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
画像表示装置は、デザイン性の向上等のために、画面に隣接する非表示部をできるだけ
小さくすることが望まれている。画面に隣接する非表示部を小さくすることにより、小型
な筐体であっても大型な画像を表示できるという利点もある。しかし、上記の特許文献１
に開示されている構成では、画像信号に応じた光を供給するための光学エンジン部やミラ
ーを配置するスペースを確保する必要から、スクリーンの下側に大きな幅の非表示部が形
成されてしまう。従来の他の構成の場合も、画像表示装置を薄型にする場合、特に、光学
エンジン部をスクリーンの近くに配置する構成とすると、非表示部を小さくすることが非
常に困難である。このように、従来の技術では、画像表示装置の薄型化と、スクリーンに
隣接する非表示部を小さくすることとを同時に実現することが困難であるという問題を生
じる。本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、薄型で、かつスクリーンに隣
接する非表示部を小さくすることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、画像信号に応じて変
調された光をスクリーンに透過させることにより画像を表示する画像表示装置であって、
画像信号に応じて変調された光を供給する光学エンジン部と、光学エンジン部からの光を
反射する第１のミラーと、曲面状に形成され、第１のミラーからの光をスクリーンの方向
へ反射する第２のミラーと、を有し、光学エンジン部と、第１のミラーと、第２のミラー
とは、光学エンジン部から第１のミラーへ進行する光の光路と、第２のミラーからスクリ
ーンへ進行する光の光路とが互いに交わるように配置されることを特徴とする画像表示装
置を提供することができる。
【０００６】
スクリーンの方向へ光を反射させる第２のミラーは、スクリーンに対向する位置に設け
られる。光学エンジン部は、画像表示装置の筐体を薄型にするために、筐体の厚み方向と
は異なる他の方向を向けて配置することが望ましい。光学エンジン部から第１のミラーへ
進行する光の光路と、第２のミラーからスクリーンへ進行する光の光路とが互いに交わる
場合、光学エンジン部を第２のミラーから離して配置することが可能となる。筐体内にお
いて、第２のミラーと光学エンジン部とを離して配置可能であると、筐体内部のスペース
を有効に利用できるため、スクリーンの周辺、例えばスクリーンの下側に大きなスペース
を確保する必要が無くなる。このようにスクリーンの周囲のスペースを小さくできると、
スクリーンに隣接する非表示部の幅を小さくすることが可能となる。これにより、薄型で
、かつスクリーンに隣接する非表示部を小さくすることが可能な画像表示装置を得られる
。
【０００７】
また、本発明の好ましい態様によれば、スクリーンは、第１の方向と、第１の方向に略
直交する第２の方向とを含む面に沿って配置され、光学エンジン部と、第１のミラーと、
第２のミラーとは、第１の方向及び第２の方向のいずれか一方について、光学エンジン部
から第１のミラーへ光が進行する向きと、第２のミラーからスクリーンへ光が進行する向
きとが、互いに逆になるように配置されることが望ましい。例えば、光学エンジン部から
第１のミラーへは下向き、第２のミラーからスクリーンへは上向きにそれぞれ光を進行さ
せる構成とすることができる。かかる構成の場合、光学エンジン部、第１のミラー、第２
のミラーの順に光を進行させる構成において、光学エンジン部から第１のミラーへ進行す
る光の光路と、第２のミラーからスクリーンへ進行する光の光路とが互いに交わる構成と
することができる。
【０００８】
また、本発明の好ましい態様によれば、第１のミラーは、スクリーンの外縁部近傍に設
けられ、光学エンジン部は、スクリーンの中心位置に対して、第１のミラーが設けられる
側とは反対側に配置されることが望ましい。例えば、第２のミラーは、スクリーンの中心
位置に対して、第１のミラーが設けられる側と同じ側に配置することができる。この場合
、第１のミラー及び第２のミラーから離れた位置に光学エンジン部を配置することが可能
となる。また、第２のミラーからスクリーンへ進行する光を遮らない位置に光学エンジン
部を配置することが可能となり、従来の構成では空隙となり易い筐体内部のスペースを有
効に利用することができる。さらに、第１のミラーのみをスクリーンの外縁部付近に配置
することが可能になるため、スクリーンに隣接する非表示部を小さくすることが可能であ
る。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様としては、光学エンジン部及び第１のミラーは、第２のミ
ラーからスクリーンへ進行する光が、光学エンジン部と第１のミラーとの間を通過するよ
うに配置されることが望ましい。光学エンジン部と第１のミラーとの間を通過した光をス
クリーンへ入射させる構成とすることにより、光学エンジン部及び第１のミラーがスクリ
ーンへ進行する光を遮らない構成とすることができる。また、従来の構成において空隙と
なり易いスペースに光学エンジン部を配置することで、筐体内部のスペースを有効に利用
することができる。
【００１０】
光学エンジン部から第１のミラーまでの光路は、第２のミラーからスクリーンへ進行す
る光を通過させるために十分な長さが確保される。また、光学エンジン部からの光を第２
のミラーへ効率良く入射させる必要もある。このことから、光学エンジン部に設けられる
投写光学系は、光の広がりを十分低減可能な構成とすることが望ましい。光の広がりを十
分低減可能な投写光学系を用いることで、光学エンジン部から第２のミラーまでの光路が
長い場合であっても効率良く第２のミラーへ光を入射させることができる。また、小型な
投写光学系を用いることも可能となる。さらに、光学エンジン部からの光の広がりを低減
することにより、第１のミラー及び第２のミラーを小型にすることができる。投写光学系
、第１のミラー及び第２のミラーを小型とすることにより、省スペース化、及びコストの
削減が可能となる。
【００１１】
また、本発明の好ましい態様としては、光学エンジン部、第１のミラー、第２のミラー
、及びスクリーンは、いずれも光軸が略一致するように配置されることが望ましい。光学
エンジン部、第１のミラー、第２のミラー、及びスクリーンをいずれも光軸が略一致する
ように配置することにより、通常の共軸系の設計手法を採用することが可能である。これ
により、光学系の設計工数を少なくし、かつ収差が少ない光学系を実現することができる
。
【００１２】
また、本発明の好ましい態様としては、第２のミラーは、光軸に関して略回転対称な形
状を有することが望ましい。これにより、光学エンジン部、第１のミラー、第２のミラー
、及びスクリーンをいずれも光軸が略一致するように配置することができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい態様としては、スクリーンは、第２のミラーからの光を角度変
換する角度変換部を有し、角度変換部は、第２のミラーからの光の入射側に設けられた反
射光学部と、第２のミラーからの光の出射側に設けられた屈折光学部と、のうち少なくと
も一方を有し、反射光学部は、第２のミラーからの光を反射することにより角度変換し、
屈折光学部は、第２のミラーからの光を屈折させることにより角度変換することが望まし
い。反射光学部と屈折光学部とを備える角度変換部を用いることにより、反射光学部と屈
折光学部とを用いて光を角度変換することが可能である。例えば、角度変換部は、入射角
が大きい光が入射する領域では反射光学部を用いて光を角度変換し、入射角が小さい光が
入射する領域では屈折光学部を用いて光を角度変換する構成とすることができる。この場
合、入射角が大きい光が入射する領域では反射光学部を用いて光を角度変換するため、ス
クリーンの入射側の界面における光の反射を低減することができる。これにより、広範囲
な入射角の光を観察者側へ効率良く進行させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の実施例に係る画像表示装置であるプロジェクタ１００の概略構成を示
す。プロジェクタ１００は、画像信号に応じて変調された光をスクリーン５０に透過させ
ることにより画像を表示する画像表示装置であって、いわゆるリアプロジェクタである。
光学エンジン部１０は、画像信号に応じて変調された光を供給する。光学エンジン部１０
は、筐体６０内部の空間のうち天井面８０に近い位置に配置されている。また、スクリー
ン５０からある程度離れた位置に光学エンジン部１０を配置することにより、曲面ミラー
４０からスクリーン５０へ進行する光が光学エンジン部１０によって遮られることが無い
ように構成されている。
【００１６】
図２は、光学エンジン部１０の構成を説明するものである。光源部である超高圧水銀ラ
ンプ１０１は、第１色光である赤色光（以下、「Ｒ光」という。）、第２色光である緑色
光（以下、「Ｇ光」という。）、及び第３色光である青色光（以下、「Ｂ光」という。）
を含む光を供給する。インテグレータ１０２は、超高圧水銀ランプ１０１からの光の照度
分布を略均一にする。照度分布が均一化された光は、偏光変換素子１０３にて特定の振動
方向を有する偏光光、例えばｓ偏光光に変換される。ｓ偏光光に変換された光は、反射ミ
ラー１０４で光路を９０度折り曲げられた後、Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｒに
入射する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｒは、Ｒ光を透過し、Ｇ光、Ｂ光を反射
する。Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｒを透過したＲ光は、反射ミラー１０５で光
路を９０度折り曲げられ、空間光変調装置１０７Ｒに入射する。空間光変調装置１０７Ｒ
は、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。なお、ダイクロイッ
クミラーを透過しても光の偏光方向は変化しないため、空間光変調装置１０７Ｒに入射す
るＲ光は、ｓ偏光光のままの状態である。
【００１７】
空間光変調装置１０７Ｒに入射したｓ偏光光は、不図示の液晶パネルに入射する。液晶
パネルは、２つの透明基板の間に、画像表示のための液晶層を封入している。液晶パネル
に入射したｓ偏光光は、画像信号に応じた変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調
装置１０７Ｒは、変調によりｐ偏光光に変換されたＲ光を出射する。このようにして、空
間光変調装置１０７Ｒで変調されたＲ光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプ
リズム１０８に入射する。
【００１８】
Ｒ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｒで反射されたＧ光及びＢ光は、光路を９０度折
り曲げられる。光路を折り曲げられたＧ光及びＢ光は、Ｂ光透過ダイクロイックミラー１
０５Ｇに入射する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｇは、Ｇ光を反射し、Ｂ光を透
過する。Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｇで反射されたＧ光は、空間光変調装置１
０７Ｇに入射する。空間光変調装置１０７Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型
の液晶表示装置である。空間光変調装置１０７Ｇに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの
変調によりｐ偏光光に変換される。空間光変調装置１０７Ｇは、変調によりｐ偏光光に変
換されたＧ光を出射する。このようにして、空間光変調装置１０７Ｇで変調されたＧ光は
、クロスダイクロイックプリズム１０８に入射する。
【００１９】
Ｂ光透過ダイクロイックミラー１０５Ｇを透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ１０６
と、２枚の反射ミラー１０５とを経由して、空間光変調装置１０７Ｂに入射する。空間光
変調装置１０７Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。な
お、Ｂ光にリレーレンズ１０６を経由させるのは、Ｂ光の光路がＲ光及びＧ光の光路より
も長いためである。リレーレンズ１０６を用いることにより、Ｂ光透過ダイクロイックミ
ラー１０５Ｇを透過したＢ光を、そのまま空間光変調装置１０７Ｂへ導くことができる。
【００２０】
空間光変調装置１０７Ｂに入射したｓ偏光光は、液晶パネルでの変調によりｐ偏光光に
変換される。空間光変調装置１０７Ｂは、変調によりｐ偏光光に変換されたＢ光を出射す
る。このようにして、空間光変調装置１０７Ｂで変調されたＢ光は、色合成光学系である
クロスダイクロイックプリズム１０８に入射する。なお、空間光変調装置１０７Ｒ、１０
７Ｇ、１０７Ｂは、変調によりｓ偏光光をｐ偏光光に変換するほか、ｐ偏光光をｓ偏光光
に変換することとしても良い。
【００２１】
色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１０８は、２つのダイクロイック膜
１０８ａ、１０８ｂをＸ字型に直交するように配置して構成されている。ダイクロイック
膜１０８ａは、Ｂ光を反射し、Ｒ光、Ｇ光を透過する。ダイクロイック膜１０８ｂは、Ｒ
光を反射し、Ｂ光、Ｇ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１０８
は、空間光変調装置１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及び
Ｂ光を合成する。投写光学系２０は、クロスダイクロイックプリズム１０８で合成された
光を平面ミラー３０（図１参照）の方向へ投写する。
【００２２】
図１に戻って、平面ミラー３０は、光学エンジン部１０からの光を曲面ミラー４０の方
向へ反射する第１のミラーである。平面ミラー３０は、略平坦に形成されている。平面ミ
ラー３０は、筐体６０内部の空間のうち底面７０の近くであって、スクリーン５０の外縁
部近傍の位置に設けられている。
【００２３】
曲面ミラー４０は、第１のミラーである平面ミラー３０からの光をスクリーン５０の方
向へ反射する第２のミラーである。曲面ミラー４０は、曲面状に形成されている。曲面ミ
ラー４０は、平面ミラー３０からの光を広角化させる機能を有する。曲面ミラー４０を用
いることで、平面ミラー３０からの光を拡大してスクリーン５０へ進行させる。また、曲
面ミラー４０は、画像の歪みを補正する役割も果たしている。曲面ミラー４０を用いるこ
とにより、歪みが少なく大型な画像を表示することが可能となる。また、曲面ミラー４０
を用いることにより投写光学系２０による広角化を行う必要が無くなり、投写光学系２０
を小型にすることができる。曲面ミラー４０は、球面、非球面、及び自由曲面のいずれを
有していても良く、例えば、円錐の一部を切り取ったような形状とすることができる。
【００２４】
曲面ミラー４０は、樹脂部材等を有する基板上に反射膜を形成することにより構成でき
る。反射膜としては、高反射性の部材の層、例えばアルミニウム等の金属部材の層や誘電
体多層膜等を用いることができる。また、反射膜の上には、透明部材を有する保護膜を形
成することとしても良い。曲面ミラー４０の構成の詳細は、例えば、特開２００２−２６
７８２３号公報に記載される投射ミラーの構成と同様である。
【００２５】
曲面ミラー４０は、筐体６０内部の空間のうち底面７０と、スクリーン５０が設けられ
る面に対向する面との間に配置されている。曲面ミラー４０が設けられている位置は、ス
クリーン５０及び平面ミラー３０に対向する位置である。スクリーン５０は、画像信号に
応じた光を透過することにより鑑賞者側の面に投写像を表示する、透過型スクリーンであ
る。スクリーン５０は、筐体６０のうち所定の一面において、第１の方向であるＹ方向と
、第１の方向に略直交する第２の方向であるＸ方向とを含むＸＹ平面に沿って配置されて
いる。
【００２６】
光学エンジン部１０及び平面ミラー３０は、曲面ミラー４０からスクリーン５０へ進行
する光が、光学エンジン部１０と平面ミラー３０との間を通過するように配置される。光
学エンジン部１０と平面ミラー３０との間にスクリーン５０へ入射する光を通過させる構
成とすることにより、光学エンジン部１０及び平面ミラー３０がスクリーン５０へ進行す
る光を遮らない構成とすることができる。また、従来の構成において空隙となり易い筐体
６０上部のスペースに光学エンジン部１０を配置することで、筐体６０内部のスペースを
有効に利用することができる。
【００２７】
光学エンジン部１０から平面ミラー３０までの光路は、曲面ミラー４０からスクリーン
５０へ進行する光を通過させるために十分な長さが確保される。曲面ミラー４０へ入射す
るまで光の広がりを十分低減可能な投写光学系２０を用いることから、光学エンジン部１
０から曲面ミラー４０までの光路が長い場合であっても、効率良く曲面ミラー４０へ光を
入射させることができる。また、小型な投写光学系２０を用いることも可能となる。さら
に、光学エンジン部１０からの光の広がりを低減することにより、平面ミラー３０及び曲
面ミラー４０を小型にすることができる。投写光学系２０、平面ミラー３０及び曲面ミラ
ー４０を小型とすることにより、省スペース化、及びコストの削減が可能となる。
【００２８】
なお、第１のミラーとして平面ミラー３０を用いる構成に限られず、曲面形状のミラー
を用いることとしても良い。第１のミラーとして曲面形状のミラーを用いることにより、
第２のミラーである曲面ミラー４０の機能の一部を第１のミラーに分担させることができ
る。さらに、第１のミラーの機能と第２のミラーの機能とを備える単独のミラーを用いる
構成としても良い。第１のミラー、第２のミラーは、反射面の上に例えばレンズ機能を有
する層を設け、さらに光路を変換させる機能を持たせることとしても良い。
【００２９】
図３は、スクリーン５０の断面構成を示す。スクリーン５０は、画像信号に応じた光が
入射する側に設けられたフレネルレンズ１２０を有する。フレネルレンズ１２０は、画像
信号に応じた光を角度変換して観察者の方向へ出射する角度変換部である。フレネルレン
ズ１２０は、画像信号に応じた光の入射側に設けられた反射光学部１２２と、画像信号に
応じた光の出射側に設けられた屈折光学部１２５とを有する。フレネルレンズ１２０は、
反射光学部１２２と屈折光学部１２５とを用いて光を角度変換する。
【００３０】
反射光学部１２２は、基板１２７の入射側の面に形成されている。反射光学部１２２は
、画像信号に応じた光を反射することにより角度変換する複数の反射プリズム１２３を有
する。屈折光学部１２５は、基板１２７の出射側の面に形成されている。屈折光学部１２
５は、画像信号に応じた光を屈折させることにより角度変換する複数の屈折プリズム１２
６を有する。
【００３１】
基板１２７及び屈折光学部１２５の出射側には、屈折光学部１２５を保護するためのカ
バーガラス１２１が設けられている。スクリーン５０は、フレネルレンズ１２０及びカバ
ーガラス１２１以外の他の構成、例えば、良好な視野角を得るためのマイクロレンズアレ
イや光を拡散させる拡散板等を設けることとしても良い。曲面ミラー４０（図１参照）は
、スクリーン５０に対して斜めに光を入射させる。プロジェクタ１００は、スクリーン５
０に対して画像信号に応じた光を斜めに入射させる構成とすることで、筐体６０を薄型に
することができる。
【００３２】
反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、略同心円状に形成されている。反射光
学部１２２及び屈折光学部１２５は、凸レンズの凸面を切り出した輪状の切片をＸＹ平面
上に並べた形状を有する。反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、例えば約０．
１ｍｍピッチで配置されている。反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６は、略同心
円状に形成される構成に限られず、例えば、略同一位置に焦点を有する楕円状に形成する
こととしても良い。
【００３３】
図４は、フレネルレンズ１２０のうち、反射光学部１２２が形成される部分の要部断面
構成を示す。反射光学部１２２は、基板１２７の入射側の面である基準面Ｓ１上に形成さ
れている。図示する断面構成において、反射プリズム１２３は、第１面３０１、第２面３
０２、及び基準面Ｓ１を３辺とする三角形形状を有する。第１面３０１は、反射プリズム
１２３のうち下側に設けられた面である。第２面３０２は、反射プリズム１２３のうち上
側に設けられた面である。第１面３０１と第２面３０２とは、稜線部３０５で接合されて
いる。
【００３４】
曲面ミラー４０から反射光学部１２２へ進行する光は、反射プリズム１２３の第１面３
０１に入射する。第１面３０１に入射した光は、反射プリズム１２３の内部を進行し、第
２面３０２に入射する。第２面３０２に入射した光は、第２面３０２で全反射した後、基
板１２７の方向へ進行する。反射プリズム１２３は、第２面３０２における全反射により
、画像信号に応じた光を観察者側へ進行させる。第１面３０１及び第２面３０２は、画像
信号に応じた光を観察者側へ角度変換するように設計されている。
【００３５】
図５は、フレネルレンズ１２０のうち、屈折光学部１２５が形成される部分の要部断面
構成を示す。屈折光学部１２５は、基板１２７の出射側の面Ｓ２上に形成されている。面
Ｓ２は、基準面Ｓ１と平行な面である。図示する断面構成において、屈折プリズム１２６
は、第１面４０１、第２面４０２、及び面Ｓ２を３辺とする三角形形状を有する。第１面
４０１は、屈折プリズム１２６のうち、下側に設けられた面である。第２面４０２は、屈
折プリズム１２６のうち、上側に設けられた面である。第１面４０１と第２面４０２とは
、稜線部４０５で接合されている。
【００３６】
曲面ミラー４０から屈折光学部１２５の方向へ進行する光は、面Ｓ２から屈折プリズム
１２６へ入射する。屈折プリズム１２６へ入射した光は、屈折プリズム１２６の内部を進
行し、第２面４０２に入射する。第２面４０２に入射した光は、第２面４０２で屈折され
た後、観察者側へ進行する。第２面４０２は、画像信号に応じた光を観察者側へ角度変換
するように設計されている。
【００３７】
図３に戻って、屈折光学部１２５は、反射プリズム１２３及び屈折プリズム１２６が形
成される略同心円の中心に近い側に設けられている。反射光学部１２２は、反射プリズム
１２３及び屈折プリズム１２６が形成される略同心円の中心から遠い側に設けられている
。スクリーン５０の下側外縁部の近傍の位置へ入射する光の入射角をθ１、スクリーン５
０の上側外縁部の近傍の位置へ入射する光の入射角をθ３とする。また、屈折光学部１２
５へ入射する領域と反射光学部１２２へ入射する領域との境界上の点Ｐへ入射する光の入
射角をθ２とする。
【００３８】
屈折光学部１２５が設けられている領域には、入射角がθ１〜θ２の光が入射する。反
射光学部１２２が設けられている領域には、入射角がθ２〜θ３の光が入射する。ここで
、入射角とは、基準面Ｓ１の法線Ｎと入射光線とがなす角度とする。反射プリズム１２３
及び屈折プリズム１２６が形成される略同心円の中心に近いほど、小さい入射角の光が入
射することとなる。このため、θ１＜θ２＜θ３の関係が成り立つ。θ２は、例えば４５
度である。反射光学部１２２は、４５度以上の入射角の光が入射する領域に設けられてい
る。屈折光学部１２５は、４５度以下の入射角の光が入射する領域に設けられている。
【００３９】
例えば、スクリーン５０の入射側の界面を略平坦に形成したとすると、法線Ｎに対して
所定の角度以上の角度で進行する光は、スクリーン５０の入射側の界面で反射されてしま
う。反射光学部１２２は、スクリーン５０の入射側の界面における光の反射を低減し、光
を効率良く観察者側へ導く。このため、一般に、０度から６０度で入射する光の角度変換
には屈折光学部１２５、４５度から９０度未満で入射する光の角度変換には反射光学部１
２２がそれぞれ適している。本発明のプロジェクタ１００は、曲面ミラー４０で光を広角
化させることにより、広い角度範囲の光がスクリーン５０へ入射する。反射光学部１２２
と屈折光学部１２５とを用いて光を角度変換するため、広範囲な入射角の光を観察者側へ
効率良く進行させることができる。また、フレネルレンズ１２０によって観察者側へ光を
進行させることにより、観察者は、明るい画像を観察することが可能となる。
【００４０】
なお、フレネルレンズは、反射光学部１２２へ光が入射する領域と、屈折光学部１２５
へ光が入射する領域とがそれぞれ異なる構成に限られない。図６に要部断面構成を示すフ
レネルレンズ６２０のように、反射光学部１２２へ光が入射する領域と、屈折光学部１２
５へ光が入射する領域とが重なり合う構成としても良い。反射プリズム１２３から領域Ａ
Ｒへ進行する光は、反射プリズム１２３と、領域ＡＲに設けられた屈折プリズム１２６に
より角度変換される。この場合、反射プリズム１２３で光が十分に角度変換されない場合
であっても、屈折プリズム１２６による屈折作用を併用することで光を観察者方向へ進行
させることが可能となる。また、フレネルレンズは、屈折光学部１２５を設けず反射光学
部１２２のみを設ける構成としても良い。本実施例のプロジェクタ１００は、反射光学部
１２２のみを設けるフレネルレンズを用いる場合も、反射光学部１２２のみを用いる従来
のプロジェクタと比較して薄型かつ非表示部が小さい構成とすることができる。さらに、
フレネルレンズは、屈折光学部１２５のみを設ける構成としても良い。
【００４１】
図１に戻って、光学エンジン部１０は、スクリーン５０の中心位置Ｏに対してプラスＹ
方向である上側に配置されている。光学エンジン部１０は、投写光学系２０を鉛直下向き
から若干スクリーン５０側へ向けるように傾けて設けられている。筐体６０を薄型化する
ためには、光学エンジン部１０は、筐体６０の厚み方向であるＸ方向以外の方向を向けて
配置することが望まれる。このため、本実施例のように光学エンジン部１０を鉛直下向き
から少し傾ける配置とすることにより、筐体６０を薄型にすることができる。平面ミラー
３０及び曲面ミラー４０は、中心位置Ｏに対してマイナスＹ方向である下側に配置されて
いる。このように、光学エンジン部１０は、スクリーン５０の中心位置Ｏに対して、平面
ミラー３０及び曲面ミラー４０が設けられる側とは反対側に配置されている。
【００４２】
プロジェクタ１００は、鉛直方向について、光学エンジン部１０から平面ミラー３０へ
は下向きに光を進行させるのに対して、曲面ミラー４０からスクリーン５０へは上向きに
光を進行させる。光学エンジン部１０と、平面ミラー３０と、曲面ミラー４０とは、第１
の方向であるＹ方向について、光学エンジン部１０から平面ミラー３０へ光が進行する向
きと、曲面ミラー４０からスクリーン５０へ光が進行する向きとが、互いに逆になるよう
に配置されている。また、光学エンジン部１０と、平面ミラー３０と、曲面ミラー４０と
は、光学エンジン部１０から平面ミラー３０へ進行する光の光路と、曲面ミラー４０から
スクリーン５０へ進行する光の光路とが互いに交わるように配置されている。
【００４３】
光学エンジン部１０から平面ミラー３０へ進行する光の光路と、曲面ミラー４０からス
クリーン５０へ進行する光の光路とを互いに交わらせることで、光学エンジン部１０を中
心位置Ｏより上側、平面ミラー３０及び曲面ミラー４０を中心位置Ｏより下側に配置でき
る。この場合、光学エンジン部１０は、平面ミラー３０及び曲面ミラー４０から離れた、
筐体６０の天井面８０付近の位置に配置することが可能となる。光学エンジン部１０を筐
体６０の天井面８０付近の位置に配置することにより、曲面ミラー４０からスクリーン５
０へ進行する光を遮らない位置に光学エンジン部１０を配置することが可能となる。光学
エンジン部１０を筐体６０の天井面８０付近の位置に配置することにより、筐体６０の上
部に存在するスペースを有効に利用することができる。
【００４４】
光学エンジン部１０を平面ミラー３０及び曲面ミラー４０から離れた天井面８０付近に
配置することにより、平面ミラー３０及び曲面ミラー４０のみを筐体６０の底面７０付近
に配置可能な構成となる。スクリーン５０の下側に光学エンジン部１０が設けられる従来
の構成と比較して、本発明のプロジェクタ１００は、筐体６０のうちスクリーン５０の下
側のスペースを小さくすることが可能である。また、曲面ミラー４０は筐体６０の底面７
０と、スクリーン５０に対向する面との間に配置されるため、平面ミラー３０のみをスク
リーン５０の下側外縁部の近傍に配置することが可能になる。スクリーン５０の下側には
平面ミラー３０を配置するためのスペースのみを確保すれば良いこととなる。以上により
、図７の正面構成においてハッチングを付して示すように、スクリーン５０に隣接する非
表示部７００の幅を小さく、即ちＹ方向の長さを短くすることが可能となる。これにより
、薄型で、かつスクリーン５０に隣接する非表示部７００を小さくすることができるとい
う効果を奏する。
【００４５】
図８は、プロジェクタ１００の各構成の配置について説明するものである。光学エンジ
ン部１０、平面ミラー３０、曲面ミラー４０、及びスクリーン５０は、いずれも光軸が略
一致するように配置される、いわゆる共軸光学系をなしている。スクリーン５０に対して
斜めに光を入射させる構成とするために、曲面ミラー４０及びスクリーン５０は、光軸Ａ
Ｘより上側にシフトした位置に設けられる。プロジェクタ１００は、光軸ＡＸからシフト
させて設けられたスクリーン５０上に結像する。なお、図８では、光軸ＡＸを一直線状に
表すために、平面ミラー３０により光路を折り曲げる部分についての図示を省略している
。また、光学エンジン部１０は、投写光学系２０のみにより図示している。
【００４６】
平面ミラー３０を用いて投写光学系２０からの光を曲面ミラー４０へ折り返す構成とす
ることで、投写光学系２０の光軸と曲面ミラー４０の光軸とを略一致させることができる
。また、曲面ミラー４０は、光軸ＡＸに関して略回転対称な形状を有している。曲面ミラ
ー４０を光軸ＡＸに関して略回転対称な形状とすることで、曲面ミラー４０の光軸と他の
構成の光軸とを略一致させることが可能となる。
【００４７】
平面ミラー３０を用いる構成に代えて、投写光学系２０からの光を直接曲面ミラー４０
へ入射させる構成も考えられる。この場合、投写光学系２０と曲面ミラー４０とを含む光
学系は、個々の光軸の不一致を生じる、いわゆる偏心光学系をなすこととなる。偏心光学
系を用いる場合、スクリーン５０に表示される画像の歪みを修正することが非常に困難と
なる。また、諸収差の発生を低減することも困難となる。さらに、曲面ミラー４０は自由
曲面を有する形状となることから、加工が非常に困難となる。
【００４８】
本実施例のプロジェクタ１００は、光学エンジン部１０、平面ミラー３０、曲面ミラー
４０、及びスクリーン５０をいずれも光軸が略一致するように配置することにより、通常
の共軸系の設計手法を採用することが可能である。これにより、光学系の設計工数を少な
くし、かつ収差が少ない光学系を実現することができる。また、曲面ミラー４０は軸対称
の非球面形状となることから、加工を比較的容易にすることができる。
【００４９】
本実施例のプロジェクタ１００は、筐体６０内部の構成をそのまま上下逆に配置するこ
ととしても良い。この場合、光学エンジン部１０は底面７０付近、平面ミラー３０及び曲
面ミラー４０は天井面８０付近にそれぞれ配置される。さらに、本実施例のプロジェクタ
１００は、筐体６０内部の構成をそのまま右又は左に略９０度倒したような配置としても
良い。この場合、第２の方向であるＸ方向について、光学エンジン部１０から平面ミラー
３０へ光が進行する向きと、曲面ミラー４０からスクリーン５０へ光が進行する向きとが
互いに逆となるように各構成が配置される。
【００５０】
ここで、本実施例のプロジェクタ１００の構成において薄型かつ非表示部を小さくする
ことが可能であることを、従来の画像表示装置の構成との比較により説明する。図９〜図
１１は、従来の画像表示装置であるプロジェクタの構成を説明するものである。図９に示
すプロジェクタ９００は、スクリーン９５０の中心位置Ｑへ略垂直に光を入射させること
を特徴とする。光学エンジン部１０からの光は、平面ミラー９３０で反射した後スクリー
ン９５０に入射する。プロジェクタ９００を薄型化するためには、スクリーン９５０と平
面ミラー９３０とがなす角度が小さくなるように平面ミラー９３０を移動させることが考
えられる。
【００５１】
図１０に示すプロジェクタ１０００は、上記のプロジェクタ９００の構成から、スクリ
ーン９５０と平面ミラー９３０とがなす角度αが小さくなるように平面ミラー９３０を移
動させたものである。図１０では、画像信号に応じた光が点Ｌから出射するものとして、
プロジェクタ１０００の構成を説明している。スクリーン９５０と平面ミラー９３０とが
なす角度を理論上最小とする場合、平面ミラー９３０とスクリーン９５０との間の角度α
は、３０度となる。点Ｌから出射される光の角度範囲βは、６０度となる。プロジェクタ
１０００の厚みｔの下限値は、スクリーン９５０の鉛直方向の長さをｈとすると、以下に
示す式により求められる。
ｔ＝ｈ×ｔａｎ３０°×ｃｏｓ2３０°
【００５２】
このことは、プロジェクタ１０００の構成では薄型化に限界があることを意味している
。例えば、６０インチのスクリーン９５０を用いる場合に厚みｔの理論値は３２ｃｍとな
る。この場合、実際に製造されるプロジェクタ１０００の厚みｔは、およそ４０ｃｍとな
る。さらに、プロジェクタ１０００は、平面ミラー９３０で反射された光が遮らない位置
に光学エンジン部を配置するために、スクリーン９５０の下に光学エンジンを配置するた
めのスペースを確保する必要がある。このため、スクリーン９５０の下には、光学エンジ
ン部を収納するスペースを確保する分の非表示部が形成されることとなる。これに対して
、プロジェクタ１０００の構成から非表示部を小さくするためには、スクリーン９５０へ
入射する光を遮らない位置に光学エンジンを配置する必要から、角度αを大きくせざるを
得ない。このように、従来のプロジェクタ９００、１０００では、薄型化と非表示部を小
さくすることとを同時に実現することは非常に困難である。
【００５３】
図１１に示すプロジェクタ１１００は、スクリーン１１５０の中心位置Ｑへ下から斜め
に光を入射させることを特徴とする。スクリーン１１５０の中心位置Ｑへ斜めに光を入射
させることにより、プロジェクタ１１００は、平面ミラー１１３０によって光路を折り曲
げることで、上記のプロジェクタ９００、１０００と比較して容易に薄型にすることがで
きる。これに対して、プロジェクタ１１００においても、スクリーン１１５０の下に光学
エンジン部を配置するためのスペースを確保する必要がある。
【００５４】
さらに、スクリーン１１５０に広い角度範囲の光が入射することから、プロジェクタ１
１００は、光を観察者側へ進行させるための角度変換部をスクリーン１１５０に設ける必
要も生じる。プロジェクタ１１００のスクリーン１１５０には、反射光学部を用いること
が考えられる。本実施例で説明したように、反射光学部は、４５度から９０度未満で入射
する光の角度変換に適している。スクリーン１１５０への光の入射角を４５度から９０度
未満に制限する場合、点Ｌからスクリーン１１５０までの光路を長く取る必要が生じる。
点Ｌからスクリーン１１５０までの光路を長く取るために平面ミラー１１３０の他にさら
に平面ミラーを設けることとなると、スクリーン１１５０の下のスペースがさらに大きく
なってしまう。
【００５５】
本実施例のプロジェクタ１００のように反射光学部と併せて屈折光学部を用いる構成の
場合、スクリーン１１５０への光の入射角を制限する必要は無くなる一方、光を広角化さ
せるために大きな投写光学系を用いる必要が生じる。大きな投写光学系を用いることとな
ると、プロジェクタ１１００を薄型することが困難となる。このように、上記の特許文献
１に開示される構成のみならず他の従来技術を用いる場合においても、薄型化と非表示部
を小さくすることとを同時に実現することは困難である。本実施例のプロジェクタ１００
は、以上に説明した従来の構成と比較して、薄型で、かつスクリーンに隣接する非表示部
を小さくすることが可能である。
【００５６】
図１２は、本発明のプロジェクタ１００における投写光の光路をシミュレーションした
ものである。図１３は、投写光学系２０及びクロスダイクロイックプリズム１０８の部分
を拡大して示す。図１２及び図１３では、説明に不要な構成の図示を省略している。図１
２に示すように光路を確保可能であることから、プロジェクタ１００は、薄型とし、かつ
筐体上部のスペースに光学エンジン部を収める構成とすることができる。
【００５７】
投写光学系２０は、例えば、２枚の非球面レンズを含む８枚のレンズにより構成できる
。図１３に示す８枚のレンズのうち、最もクロスダイクロイックプリズム１０８の近くに
配置するもの、及び出射側から数えて２番目に配置するものが非球面レンズである。クロ
スダイクロイックプリズム１０８からの光を光軸から片寄らせて投写光学系２０へ入射さ
せることで、投写光学系２０は、光軸から特定の側へシフトさせた投写光を出射する。
【００５８】
図１４及び図１５は、プロジェクタ１００の性能について説明するものである。図１４
に示すグラフは、スクリーン５０上の互いに異なる位置へ入射する複数の光について表し
た振幅伝達関数（ＭＴＦ）である。図１４に示すグラフの横軸は、表示する縞の空間周波
数、縦軸は、コントラストの伝達率をそれぞれ示す。プロジェクタ１００は、空間光変調
装置１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂからスクリーン５０へ倍率８２倍で画像を表示するも
のとする。この場合、空間光変調装置１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂにおける５０ｃｙｃ
ｌｅ／ｍｍの空間周波数は、０．６ｃｙｃｌｅ／ｍｍと換算できる。プロジェクタ１００
は、空間周波数０．６ｃｙｃｌｅ／ｍｍに対して０．７以上のコントラスト伝達率が達成
可能である。これにより、高い確率でコントラストを伝達でき、高い解像度を実現可能で
あることがわかる。
【００５９】
図１５に示すグラフは、スクリーン５０における画像の歪曲（ディストーション）につ
いて説明するものである。ここでは、元画像Ｃ０に対する表示画像Ｃ１の歪曲を３０倍に
拡大して示している。本発明のプロジェクタ１００は、元画像Ｃ０に対する表示画像Ｃ１
の歪曲を０．１％以下とすることが可能である。このように、プロジェクタ１００は、高
解像度で、かつ歪曲が少ない高品質な画像を表示することができる。以上説明したシミュ
レーションの結果から、本発明のプロジェクタ１００の光学構成が十分実現可能であるこ
とが証明できる。
【００６０】
本実施例に係るプロジェクタ１００は、光学エンジン部１０の光源部として超高圧水銀
ランプを用いているが、これに限られない。例えば、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）等の
固体発光素子を用いても良い。また、３つの透過型液晶表示装置を設けた、いわゆる３板
式のプロジェクタに限らず、例えば、反射型液晶表示装置を用いたプロジェクタやティル
トミラーデバイスを用いたプロジェクタであっても良い。さらに、プロジェクタ１００は
、画像信号に応じて変調されたレーザ光を走査させるレーザプロジェクタであっても良い
。レーザプロジェクタとする場合、光学エンジン部１０に代えて、画像信号に応じて変調
されたレーザ光を供給するレーザ光源と、レーザ光源からの光を走査させる走査光学系と
が用いられる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明に係る画像表示装置は、薄型な構成により大型な画像を表示する
場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例に係るプロジェクタの概略構成を示す図。
【図２】光学エンジン部の構成を説明する図。
【図３】スクリーンの断面構成を示す図。
【図４】フレネルレンズの要部断面構成を示す図。
【図５】フレネルレンズの要部断面構成を示す図。
【図６】他のフレネルレンズの要部断面構成を示す図。
【図７】プロジェクタの正面構成を示す図。
【図８】プロジェクタの各構成の配置について説明する図。
【図９】従来のプロジェクタの構成を説明する図。
【図１０】従来のプロジェクタの構成を説明する図。
【図１１】従来のプロジェクタの構成を説明する図。
【図１２】本発明における投写光の光路をシミュレーションした図。
【図１３】投写光学系及びクロスダイクロイックプリズムの部分の拡大図。
【図１４】プロジェクタの性能について説明する図。
【図１５】プロジェクタの性能について説明する図。
【符号の説明】
【００６３】
１０  光学エンジン部、２０  投写光学系、３０  平面ミラー、４０  曲面ミラー、５
０  スクリーン、６０  筐体、７０  底面、８０  天井面、１００  プロジェクタ、Ｏ
中心位置、１０１  超高圧水銀ランプ、１０２  インテグレータ、１０３  偏光変換素子
、１０４  反射ミラー、１０５Ｒ  Ｒ光透過ダイクロイックミラー、１０５Ｇ  Ｂ光透過
ダイクロイックミラー、１０５  反射ミラー、１０６  リレーレンズ、１０７Ｒ、１０７
Ｇ、１０７Ｂ  空間光変調装置、１０８  クロスダイクロイックプリズム、１０８ａ、１
０８ｂ  ダイクロイック膜、１２０  フレネルレンズ、１２１  カバーガラス、１２２
反射光学部、１２３  反射プリズム、１２５  屈折光学部、１２６  屈折プリズム、１２
７  基板、Ｎ  法線、Ｓ１  基準面、Ｓ２  面、３０１  第１面、３０２  第２面、３０
５  稜線部、４０１  第１面、４０２  第２面、４０５  稜線部、６２０  フレネルレン
ズ、７００  非表示部、ＡＸ  光軸、９００  プロジェクタ、９３０  平面ミラー、９５
０  スクリーン、１０００  プロジェクタ、１１００  プロジェクタ、１１３０  平面ミ
ラー、１１５０  スクリーン
【図１】
2007025652.tif 000003
【図２】
2007025652.tif 000004
【図３】
2007025652.tif 000005
【図４】
2007025652.tif 000006
【図５】
2007025652.tif 000007
【図６】
2007025652.tif 000008
【図７】
2007025652.tif 000009
【図８】
2007025652.tif 000010
【図９】
2007025652.tif 000011
【図１０】
2007025652.tif 000012
【図１１】
2007025652.tif 000013
【図１２】
2007025652.tif 000014
【図１３】
2007025652.tif 000015
【図１４】
2007025652.tif 000016
【図１５】
2007025652.tif 000017